无人机操控技术课件完整

第一章无人机概述无人机操控技术无人机应用技术专业规划教材目录01认识无人机02国家对无人机在高校发展的政策支持P04P1

2目录01认识无人机02国家对无人机在高校发展的政策支持P04P1

2

无人机（UnmannedAircraft，UA），是由控制站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称远程驾驶航空器(RemotelyPilotedAircraft，RPA)。英文也常用UAV来表示(UnmannedAerialVehicle)。

1.1

无人机无人机系统，也称无人驾驶航空器系统，是指由无人机、相关的遥控站、所需的指挥与管制链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。简称：UAS(UnmannedAircraftSystem)。1.2

无人机系统

无人机与航空模型区别：

1.2

无人机系统无人机航空模型定义无人飞行载具

在视距内，视距距离不超过500米

飞控有智能化的飞控系统

无智能化的飞控系统，必须由人来通过遥控器控制人机界面

有地面站

仅有操纵手柄

任务用途有任务载荷系统，主要执行军用和民用的各种比较复杂的任务

一般无载荷系统，侧重于航空模型运动、竞赛、爱好者研究交流以及个人娱乐

人员资质包括观测员、视距内驾驶员、超视距驾驶员和教员，大多数还需要执照无资质要求

主管单位民航局和AOPA管理，适用航空类法规

航空运动管理中心管理，适用体育类法规

无人机与航空模型区别：

1.2

无人机系统1.3

无人机分类

按照不同的平台，无人机包括固定翼、旋翼机、垂直起降固定翼、无人飞艇等。根据飞行场地和任务需求，选用不同种类的无人机进行作业。1.3.1

固定翼

固定翼无人机就是指飞机的机翼固定不动，靠机翼的空气动力特性而产生升力的一种机型。

1.3.2

旋翼机

旋翼机是指通过飞机机翼（桨叶）旋转而产生升力的一种机型，主要包含多旋翼、直升机、自转旋翼机。1.3.3

垂直起降固定翼

垂直起降固定翼无人机是近三年新研发出来的一款无人机机型，单纯从结构上看可以看做是多旋翼和固定翼的结合体，它既有多旋翼起降简单、没有场地要求的优点，又有固定翼长航时、大载重的优点，很适合做行业的测绘、监测、管路巡查等工作。目录01认识无人机02国家对无人机在高校发展的政策支持P04P1

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国家对无人机在高校发展的政策支持《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》

到2025年，民用无人机产值达到1800亿元,年均增速25%以上

强调创新驱动，在产品、产业和安全三个层面开展技术创新，提升民用无人机安全性和技术水平

支持有条件的普通高校和职业院校设立无人机相关专业，建立多层次多类型的无人机人才培养和服务体系

《中国制造2025》

推进无人机产业化快速发展

我国有229所高等职业学校设立专业代码为560610的无人机应用技术专业

无人机发展前景系统未来将是航空业最蓬勃发展的部分

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国家对无人机在高校发展的政策支持第二章无人机系统无人机操控技术无人机应用技术专业规划教材目录01操作人员02航空器P04P1

203地面系统P2304任务载荷P2805数据链路系统P35目录01操作人员02航空器P04P1

203地面系统P2304任务载荷P2805数据链路系统P35

按照不同的操作距离，操作人员分为视距内驾驶员、超视距驾驶员、教员三个等级。无人机主要靠地面操作人员通过遥控器或者地面控制站操控无人机进行飞行，根据机型和任务的不同选择不同的操作方式。1.1

操作人员

能够视距内飞行的驾驶员叫视距内驾驶员。视距内飞行指的是以操作人员为圆心，半径500米、高度120米的空间范围内。1.1.1

视距内驾驶员

不仅可以视距内飞行，而且可以超视距飞行的驾驶员，叫超视距驾驶员。超视距飞行指的是以操作人员为圆心，半径500米、高度120米的空间范围外。1.1.2

超视距驾驶员

具有带飞资质，可以指导学员进行超视距飞行，并且可以在其飞行经历记录本上签字证明其飞行经历的无人机等级叫教员。1.1.3

教员

一般无人机的起降阶段都是由遥控器进行操控的，但是随着科技的发展，飞控的稳定性和智能程度越来越高，大有地面站操控代替遥控器操控的趋势。

除了起降阶段，视距内飞行也都是由遥控器进行操控的。

现在比较常见的视距内飞行的案例，主要有：无人机培训训练、航拍、电力巡线操作。1.1.4

遥控器操作

地面控制站操作主要是指操作人员不通过遥控器，直接通过地面控制站操控无人机飞行，而且大有完全替代遥控器飞行的趋势。

地面控制站操控无人机飞行主要应用在超视距飞行阶段，或者需要应用地面站进行航线规划的行业应用上，主要有：无人机培训地面站培训、航测、超远距离监测。1.1.5

地面控制站操作目录01操作人员02航空器P04P1

1

03地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P342.1

航空器飞行器按在大气层内或大气层外飞行可分为航空器和航天器。航空器轻于空气的航空器气球飞艇重于空气的航空器固定翼航空器旋翼航空器直升机多旋翼旋翼机扑翼机倾转旋翼机根据产生升力的原理：2.2

固定翼无人机平台

固定翼无人机即平常我们看到的飞机，它的机翼是固定不动的，由飞机上安装的发动机或者螺旋桨产生前进的推力或者拉力，机翼产生升力。它只能向前飞行，不能够悬停或者向后飞行。

2.2

固定翼无人机平台常规的固定翼无人机主要的机体结构包含：机身、机翼、尾翼、起落架、发动机等。

机身主要功能是装载任务设备、燃料等。2.2

固定翼无人机平台机翼是固定翼无人机产生升力的部件，尾翼是用来配平、稳定和操纵固定翼无人机飞行的部件。2.3

旋翼无人机平台

旋翼无人机平台，即无人机通过旋翼转动获得升力，从而实现各种运动的一类无人机平台。根据旋翼数量的不同，可以分为直升机和多旋翼两大类。

直升机具有可以垂直升降、可以悬停、可以小速度前飞或后飞等特点，但是，直升机也具有飞行时长较短、航程较短等缺点。2.3

旋翼无人机平台

直升机产生升力的原理和固定翼的机翼是一样的，但是运行的方式不一样。固定翼的机翼是固定不动的，通过飞行器向前飞行而产生机翼与气流的相对运动产生升力；但是，直升机是由旋翼旋转产生旋翼与气流的相对运动，进而产生升力的。直升机在产生升力的同时，也产生了一个和旋翼旋转方向相反的反扭力，这个力可以使直升机机体产生自旋，为了克服自旋现象，需要在机尾增加一个小的旋翼，即尾翼。2.3

旋翼无人机平台

多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的直升机。和直升机相比，具有以下特点：1、直升机通过改变螺距改变升力，多旋翼通过改变每个旋翼的转速改变升力；直升机需要尾桨抵消反扭力，多旋翼可以两两旋翼相互抵消。直升机结构复杂，多旋翼结构简单。直升机飞行速度快、机动性好，多旋翼飞行速度慢、比较平稳。直升机翼尖速度大，冲击力大，多旋翼翼尖速度较小，冲击力小。2.3

旋翼无人机平台2.4

变模态无人机平台

变模态无人机平台，是指即有固定翼平台的特点，又有旋翼平台的特点，这里特指最近两年新兴起的机型：垂直起降固定翼无人机平台。

2.5

扑翼无人机平台

扑翼无人机平台是指通过向鸟类那样上下扑动翅膀而产生升力的一种航空器，属于仿生学的机械。由于其涉及工程力学和空气动力学的问题太过复杂，很少有市场化的无人机被应用。

目录01操作人员02航空器P04P1

103地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P343.1

遥控器

地面系统主要是指遥控器和地面控制站，同时有条件的团队还包括配备的地勤人员。

遥控器由驾驶员操纵，能够控制飞机起降和飞行的遥控设备。市面上常见的遥控器控制原理都是一样的，主要使用2.4GHz发射频率，配套使用一个接收机，能够接收遥控器发射的信号。3.1

遥控器

控制无人机最少需要4个通道，能够保证无人机正常飞行，还有的遥控器设置很多其他的备用开关，用户可以自定义功能。

3.2

地面控制站

地面控制站主要是控制无人机航线飞行，并可以实时监测无人机的状态。地面控制站没有统一的标准，一般一款飞控对应一款地面站软件，软件还分APP版和PC版。地面控制站主要需要两大硬件：一是可以安装软件的电脑、手机等载体；二是地面电台，可以通过电台向无人机发射控制信号。

3.3

地勤配备

有些特殊的任务团队会配备一定的地勤人员，比如航拍团队会配备一名观察员，主要负责观察飞机飞行时是否容易发生危险，同时兼任维护地面秩序的职能；植保团队也会配备一些地勤人员，主要负责飞机的加药、换电池、飞机的清洁等。

目录01操作人员02航空器P04P1

1

03地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P344.1

航拍（航拍、直播、取证）

任务载荷应该按行业分类，航拍，即航空拍摄或者航空摄影，是指在空中拍摄的镜头画面。航拍无人机的诞生，彻底改变了航拍方式，电影、电视、大型晚会、体育赛事的直播，快手、抖音等APP视频的录制，环境监察人员执法取证，都离不开航拍无人机的应用。挂载设备主要是可见光吊舱。4.2

航测（正摄、倾斜）

航测，现在也叫摄影测量与遥感。无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。

主要挂载的载荷有：正摄相机、倾斜摄影相机、激光、雷达等。4.3

农林植保（喷药、弥雾、农情调查）

农林植保是指利用无人机对农作物或森林植被进行药物或肥料喷洒，以达到保护作物不受病虫侵害的目的。

主要挂载的载荷是药箱和喷杆。4.4

环境监测（可见光、激光雷达、红外）

环境监测目前应用主要有两方面：河道监测和大气环境监测。河道监测是沿河道飞行绘制河道及周围环境的图像，和航空测绘有一定的交叉；大气环境监测是挂载空气监测载荷，升空到指定高度，监测该位置的大气环境。4.5

电力（电线、电塔、太阳能板）

电力行业主要应用是电力巡线，其中包含巡线、巡塔、巡太阳能板，应用的吊舱有可见光吊舱、可见光高倍吊舱、红外吊舱。4.6

安防（喊话、照明、灭火弹、烟雾弹）

安防系统广泛应用武警、交警、公安、救援队等单位，载荷包括喊话、救援脱钩、照明、灭火弹、烟雾弹、监测、跟踪等。目录01操作人员02航空器P04P1

103地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P345.1

数据链传输系统

数据链传输系统负责完成对无人机系统遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输。数据链分为上行数据链和下行数据链。

上行数据链是指将地面指令传送给无人机，实现对无人机遥控，主要用72M、433M、2.4G；5.1

数据链传输系统

下行数据链就是所谓的图传系统，将任务载荷收集到的数据传送给地面，实现地面控制人员对任务的实时了解，主要用1.2G、2.4G、5.8G。普通无人机大多采用定制视距数据链，而中高空、长航时无人机则都会采用“视距数据链”甚至是“超视距卫星通讯数据链”。

5.2

数据链传输频率

目前我国工信部无线电管理局初步制定了《无人机系统频率使用事宜》，其中规定：

840.5~845MHz频段可用于无人机系统的上行遥控链路，其中，841~845MHz也可采用时分方式用于无人机系统的上行遥控和下行遥测信息传输链路。

1430~1446MHz频段可用于无人机系统下行遥测与信息传输链路，其中，1430~1434MHz频段应优先保证警用无人机和直升机视频传输使用，必要时1434~1442MHz也可以用于警用直升机视频传输。无人机在市区部署时，应使用1442MHz以下频段。

2408~2440MHz频段可用于无人机系统下行链路，该无线电台工作时不得对其他合法无线电业务造成影响，也不能寻求无线电干扰保护。第三章飞行原理与性能无人机操控技术无人机应用技术专业规划教材目录01空气动力学基础02飞行原理P04P24

03飞行性能P4904无人机发射回收方式P8805多旋翼基础知识P98目录01空气动力学基础02飞行原理P04P24

03飞行性能P4904无人机发射回收方式P8805多旋翼基础知识P98

空气动力是无人机原理的基础，主要研究气体在无人机表面的流动及产生升力的原理。大气是无人机运行的空间环境，研究大气特性对了解无人机至关重要。1.1

大气特性

大气环境飞行环境空间环境是航空器唯一飞行环境，飞行原理：借助空气产生的升力来平衡地球引力，借助发动机推力平衡空气阻力。是航天器的主要飞行环境，飞行原理：借助关系离心力平衡地球引力，前行阻力极小，借助惯性向前运动。

研究大气特性对了解无人机至关重要研究大气中的气象现象时，可将大气看作一种混合物，它由三个部分组成：干洁空气、水汽和大气杂质。干洁空气主要由78%的氮气，21%的氧气以及1%的其它气体组成。1.1.1

大气成分

1.1.2

大气垂直分层

800km85km55km11km散逸层电离层中间层平流层（空气没有上下对流）对流层地球中纬度地区密度、压强随高度增加而减少航空器活动集中在对流层和平流层

对流层因空气有强烈的对流运动而得名，它的底界为地面，上界高度随纬度、季节、天气等因素而变化。一般中纬度地区上界高度10-12km，同一地区上界高度夏季大于冬季。对流层的主要特征：气温随高度升高而降低。平均气温垂直递减率为0.65℃/100m。气温、湿度的水平分布很不均匀。主要受地表性质影响。空气具有强烈的垂直混合。底层暖空气有上升趋势，上层冷空气有下降趋势。

一般的无人机只能够在对流层飞行，民航客机和战斗机可以在平流层飞行。1.1.2

大气垂直分层1.1.3

国际标准大气

目的：为了准确描述飞行器的飞行性能，就必须建立一个统一的标准，即标准大气。1.1.3

国际标准大气

国际标准大气的规定：大气被看成完全气体，服从气体状态方程；以海平面的高度为零。且在海平面上，大气标准状态为：

1.1.4

大气状态方程

状态方程：

其中：1.1.5

大气特性—连续性

当航空器在空气介质中运动时，由于其外形尺寸远远大于气体分子的自由行程，故在研究航空器和大气之间的相对运动时，气体分子之间的距离完全可以忽略不计，即把气体看成是连续的介质。1.1.5

大气特性—可压缩性

当气体的压强改变时，其密度和体积改变的性质。当气体流速很小时，压强和密度变化很小，可以不考虑大气压缩性的影响。但当流速较高时，气体压强和密度变化很明显，必须考虑气体压缩性。马赫数：作为判断空气受到压缩程度的指标。

飞行器飞行速度越大，马赫数就越大，飞行器前面的空气就压缩的越厉害。1.1.5

大气特性—粘性

大气的粘性是空气在流动过程中表现出的一种物理性质。大气的粘性力是相邻大气层之间相互运动时产生的牵扯作用力，也叫大气内摩擦力。它和相邻流动层的速度差和接触面积成正比，与相邻层的距离成反比，不考虑粘性的流体称为理想流体或无粘流体。1.2

牛顿运动定律

牛顿第一定律（惯性定律）如果一个物体处于平衡状态，那么它就有保持这种平衡状态的趋势。所有施加在平衡物体上的外力都是平衡的，不会有任何改变其状态或往任何方向加速或减速的趋势存在。静态平衡：静止动态平衡：匀速直线水平飞行的飞机，没有加速，没有减速，也没有转弯1.2

牛顿运动定律

牛顿第一定律（惯性定律）动态平衡：以恒定的速度爬升、俯冲或滑行的飞机。

平衡是事物一种非常普遍的状态，不稳定运动状态与稳定运动或者静止状态的情况不同之处就是多了加速度。保持匀速平飞、上升或下降时，飞机所受力是平衡的，即升力与重力相等、推力与阻力相等。1.2

牛顿运动定律

牛顿第二定律物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

牛顿第二定律表明，要获得给定加速度所施加的力的大小取决于无人飞机的质量。一个具有很大质量的物体需要用更大的力去打破它的平衡才能达到给定的加速度，而小质量的物体所需的力则小。

惯性向外（离心力）加速度向内（向心力）1.2

牛顿运动定律

牛顿第二定律力的分解：将一个力化作等效的两个或两个以上的分力。一个飞行器受到许多施加在它每个部分的力的影响，但是所有的这些力都可以按方向分成4个力。1.3

伯努利定理

空气相对运动原理空气不动，飞机飞行时，作用在飞机上的空气动力和飞机不动，空气吹过时作用在飞机上的空气动力是等效的。1.3

伯努利定理

流体流动的连续性定理（质量守恒）连续流动时，单位时间流过不同剖面时流体质量相同，顾剖面与速度成反比。

1.3

伯努利定理

伯努利方程（能量守恒）

伯努利方程实质是能量转化和守恒定律，即静压代表的势能和动压代表的动能之间可以相互转化，但它们总量保持不变。1.3

伯努利定理

伯努利定理对于低速流体，流速越大，压强越小，流速越小，压强越大。1.3

伯努利定理

目录01空气动力学基础02飞行原理P04P24

03飞行性能P4904无人机发射回收方式P8805多旋翼基础知识P982.1

升力

机翼是产生升力的主要部件，由于固定翼的机翼是固定不动的，机翼和气流的相对运动方向呈直线型，所以飞行原理的研究模型选用的是固定翼。

2.1.1

升力的产生

固定翼飞机的机翼上表面凸起较多而下表面比较平直。再加上一定的迎角。这样，从前缘到后缘，上翼面的气流流速就比下翼面的流速快，上翼面的静压也就比下翼面的静压低，上下翼面的压力差产生向上的升力。

2.1.1

升力的产生

升力公式

其中：

影响飞机升力的因素：机翼面积、相对速度、空气密度、机翼剖面形状和迎角。2.1.1

升力的产生

机翼的效率受翼型的影响极大，在一定程度上是受翼型弯度的影响和厚度的影响。2.1.1

升力的产生

厚度弯度翼弦

2.1.1

升力的产生

翼展翼弦比后掠角展长与翼尖弦长之比。机翼1/4弦线与垂直机身中心线的直线之间的夹角。展弦比展长与平均几何弦长之比。2.1.1

升力的产生

驻点机翼上空气与前缘相遇的地方称为驻点，这点处空气相对于机翼的速度减小到零的点。对称机翼相对来流仰头旋转一个迎角，驻点稍稍向前缘的下表面移动。2.1.1

升力的产生

当飞机的迎角小于临界迎角时，升力系数随迎角的增大而增大，当迎角超过临界迎角后，迎角增大，升力系数却急剧下降，这种现象称为失速。2.1.2

失速失速指的是飞机以大于临界迎角飞行，升力急剧下降。飞机刚进入失速的速度，称为失速速度。失速速度越大，越容易失速。

原因：迎角过大超过临界迎角，造成机翼上表面附面层大部分分离。出现失速飞行员该立即推杆到底，减小迎角。2.2

阻力

飞机在飞行过程中，除了受到升力的作用，还受到阻力的作用，值得注意的是，升力的方向是垂直于机翼平面向上的，而阻力是和物体运动方向相反的，所以升力和阻力不是一对相互作用力。2.2.1

阻力公式

其中：

影响飞机阻力的因素：机翼、机身表面积、相对速度、空气密度、机翼表面光洁度等。2.2.2

阻力分类阻力零升阻力摩擦阻力压差阻力（形状阻力）干扰阻力升致阻力诱导阻力（涡阻力）按阻力产生原因，飞机低速飞行时的阻力一般分为：2.2.2

阻力分类—摩擦阻力当气流流过飞机表面时，由于空气粘性，空气微团与飞机表面发生摩擦，阻滞了气流的流动，由此而产生的阻力叫做摩擦阻力。附面层就是紧贴物体表面，流速由外部流体的自由流速逐渐降低到零的那一层薄薄的空气层，分为：层流附面层紊流附面层2.2.2

阻力分类—摩擦阻力层流附面层：气流各层不相混杂而成层流动，其摩擦阻力较小。紊流附面层：气流活动杂乱无章，并出席漩涡和横向运动，但整个附面层仍附着于翼面，其摩擦阻力较大。转捩点：层流附面层转变为紊流附面层的点。分离点：附面层开始脱离翼面的点。

气流沿机翼表面附面层类型的变化是可由层流变为紊流。转捩点的位置是将随飞行速度的增高而前移。2.2.2

阻力分类—摩擦阻力层流附面层：气流各层不相混杂而成层流动，其摩擦阻力较小。紊流附面层：气流活动杂乱无章，并出席漩涡和横向运动，但整个附面层仍附着于翼面，其摩擦阻力较大。转捩点：层流附面层转变为紊流附面层的点。分离点：附面层开始脱离翼面的点。

气流沿机翼表面附面层类型的变化是可由层流变为紊流。转捩点的位置是将随飞行速度的增高而前移。2.2.2

阻力分类—压差阻力运动物体前后的压力差所产生的阻力。高压区低压区前缘压力大后缘压力小2.2.2

阻力分类—压差阻力影响压差阻力的因素：物体的迎风面积；物体的形状；减小压差阻力的措施：尽量减小迎风面积；加整流罩2.2.2

阻力分类—干扰阻力飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外阻力。A点：压强大C点：压强小B点：压强大从B点到C点存在逆流，飞机前进不断有气流沿通道向后流，遇到了后面的这股逆流就形成了气流的阻塞现象，使得气流开始分离，而产生了很多旋涡。产生额外的阻力。2.2.2

阻力分类—干扰阻力减小干扰阻力的措施：减小干扰阻力，必须妥善考虑和安排各个部件的相对位置，在这些部件的连接处假装整流片或整流包皮，使得连接处圆滑过渡。2.2.2

阻力分类—诱导阻力诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的产生而产生的，是为了产生升力而付出的一种“代价”。当机翼产生升力时，机翼下表面的压力比上表面的大,而机翼翼展长度又是有限的，所以下翼面的高压气流会绕过两端翼尖,向上翼面的低压区流去。当气流绕过翼尖时,在翼尖部分形成旋涡,这种旋涡的不断产生而又不断地向后流去即形成了所谓翼尖涡流。翼尖涡流使流过机翼的空气产生下洗速度,而向下倾斜形成下洗流。2.2.2

阻力分类—诱导阻力2.2.2

阻力分类—诱导阻力减小干扰阻力的措施：增大展弦比安装翼梢小翼2.2.2

阻力分类—诱导阻力

由于诱导阻力的作用，当飞机飞行贴近地面时，会产生地面效应。地面效应是使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中更高升阻比的流体力学效应。

诱导阻力减小原因：地面或水面阻止了翼尖涡流的下洗。升力增大原因：机翼下方空气与地面存在摩擦作用，速度减小，导致静压更高，升力增大。2.2.3

升阻比升阻比是指飞行器在飞行过程中，在同一迎角的升力与阻力（也即升力系数与阻力系数）的比值。升阻比与飞行器迎角、飞行速度等参数有关，升阻比愈大说明飞行器的空气动力性能愈好。升阻比达到最大之前，随迎角增加升阻比成线性增加

目录01空气动力学基础02飞行原理P04P24

03飞行性能P4904无人机发射回收方式P8805多旋翼基础知识P983.1

稳定性

无人机的飞行性能主要是指稳定性、操纵性以及其他性能。

飞机的稳定性（安定性），是指在飞机受到扰动后，不经飞行员操纵，能恢复到受扰动前的原始状态，原来平衡状态的特性。如果能恢复，则称飞机是稳定的，反之则称飞机是不稳定的。3.1

稳定性飞机的稳定性包括：纵向稳定、横向稳定、侧向（航向）稳定。3.1.1

机体坐标系原点(0点)：位于飞行器的重心；纵轴(0X轴)：位于飞行器参考平面内平行于机身轴线并指向飞行器前方；横轴(0Z轴)：垂直于飞行器参考面并指向飞行器右方；立轴(0Y轴)：在参考面内垂直于XOY平面，指向飞行器下方。

不论是固定翼、直升机、还是多旋翼无人机，研究其稳定性的时候首先要建立机体坐标系。3.1.2

姿态角

在飞机飞行时，我们可以通过判断飞行姿态角来分析飞机都发生了哪些运动，进而作出与之相对应的操作。

描述飞机在空中姿态的姿态角有：滚转角（pitch）偏航角（yaw）俯仰角（roll）

机体坐标系纵轴与水平面的夹角。抬头时，俯仰角为正，否则为负。

机体坐标系立轴与通过机体纵轴的铅垂面间的夹角，机体向右滚为正，反之为负。

机体坐标系纵轴与垂直面的夹角，机头右偏航为正，反之为负。3.1.3

纵向稳定性

飞机纵向稳定性是指飞机受到上下对流干扰后产生绕横轴转动，扰动消失后自动恢复原飞行姿态。飞机靠水平尾翼和机翼来保证纵向稳定性。其中，飞机纵向阻尼力矩主要由水平尾翼产生的。3.1.3

纵向稳定性

飞机纵向稳定性主要取决于飞机重心的位置，飞机重心位于焦点前面，则飞机纵向稳定。重心的位置：用重心到平均气动力弦前缘的距离和平均气动力弦长之比的百分数来表示。焦点：当飞机迎角变化时，在机翼和尾翼上都会产生一定的附加升力，这个附加升力合力作用点称为飞机的焦点。3.1.3

纵向稳定性静稳定裕度：重心与焦点之间的距离被定义为飞机的静稳定裕度。如果重心靠后，静稳定裕度减小，飞机的纵向稳定性减弱。

静稳定裕度配平：重心沿纵轴的前后位置，重心的移动将改变静稳定裕度，甚至使飞机不稳定。可以通过增加或减少头部或尾部配置调整飞机的稳定性。3.1.4

航向稳定性

飞机纵向稳定性是指飞机受到侧风干扰后产生绕立轴转动，扰动消失后自动恢复原飞行姿态。飞机主要靠垂直尾翼产生航向稳定力矩来保证航向稳定性。

影响飞机方向稳定力矩的因素主要是飞机迎角，机身、垂尾面积和重心位置。3.1.4航向稳定性

空气从飞机侧方吹来，飞机产生侧滑，相对气流从左前方吹来叫左侧滑，机头右偏，对于具有航向稳定性的飞机，向左侧滑时垂直尾翼产生的阻尼力矩将使机头将向左转。3.1.5

横向稳定性

飞机横向稳定性是指飞机受到干扰后产生绕纵轴转动，扰动消失后自动恢复原飞行姿态。飞机主要靠机翼产生横向稳定力矩来保证横向稳定性。

影响飞机横向稳定力矩的因素主要是机翼上反角、机翼后掠角和垂直尾翼。3.1.5

横向稳定性上反角：机翼的底面同垂直于飞机立轴的平面之间的夹角。上反角起到横向稳定的作用。当一阵风吹到右侧机翼上，飞机右翼抬起，左翼下沉，向左倾斜，由于存在上反角，左翼有效迎角增大，升力增大，形成向右滚转力矩，力图减小倾斜。3.1.5

横向稳定性后掠角作用：后掠角越大，横向稳定作用也越大。当飞机受扰动向右倾斜，由于后掠角的存在，使两侧机翼上的有效速度大小不等，右侧机翼产生升力大于左侧机翼产生升力，形成滚转力矩，力图减小倾斜。垂直尾翼横向稳定作用：出现侧滑后，垂直尾翼上产生的附加侧向力作用点位于飞机重心上方，因而相对于重心也形成恢复力矩。3.1.6

航向与横向稳定性的耦合

飞机的纵向与航向、横向稳定性之间互相独立；航向与横向稳定性是紧密联系和相互影响的，因此通常合称为“横侧稳定”。故飞机的横向和航向稳定性之间必须匹配适当。如果匹配不当，飞机将可能出现“螺旋不稳定”或“荷兰滚不稳定”现象。3.1.6

航向与横向稳定性的耦合螺旋（尾旋）：飞机失速后机翼自转，飞机以小半径的圆周盘旋下降运动。原因：飞机横向稳定性过弱，航向稳定性过强，产生螺旋不稳定。改出：立即向螺旋反方向打舵到底制止滚转。3.1.6

航向与横向稳定性的耦合荷兰滚（飘摆）：非指令的时而左滚，时而右滚，同时伴随机头时而左偏，时而右偏的现象。原因：飞机的横向稳定性过强，而航向稳定性相对过弱，飞机容易出现荷兰滚不稳定。3.2

操纵性飞机的操纵是指驾驶员通过飞机的操纵机构来改变飞机的飞行状态。飞机的操纵性则指飞机对操纵的反应特性，又称飞机的操纵品质。飞机操纵主要通过驾驶杆和脚蹬等操纵机构偏转飞机的三个主操纵面---升降舵、方向舵和副翼。飞机的操纵包括俯仰操纵、方向操纵和滚转操纵。3.2.1

俯仰操纵使飞机绕横轴做俯仰（纵向）运动的操纵叫俯仰操纵，也称纵向操纵。通过推、拉驾驶杆，使飞机升降舵向下或向上偏转，产生俯仰力矩，从而使飞机低头或抬头做俯仰运动。焦点与重心的关系影响纵向操纵性，若焦点在重心之后，向后移焦点，飞机的操纵性减弱。3.2.2

方向操纵使飞机绕立轴做偏航运动的操纵叫方向操纵，也称航向操纵。通过蹬左或右脚蹬，使飞机方向舵向左或向右偏转，产生偏航力矩，从而使飞机向左或向右做偏航运动。3.2.3

滚转操纵使飞机绕纵轴做滚转（倾侧）运动的操纵叫滚转操纵。通过蹬左压或右压操纵杆，使飞机方向舵左、右一次向下另一侧向上偏转，产生滚转力矩，从而使飞机向左或向右做滚转运动。3.2.4

辅助操纵机构

固定翼常规无人机飞行辅助操纵面有缝翼，襟翼，调整（扰流）片。3.2.4

辅助操纵机构—襟翼一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼侧，放下襟翼升力增大，失速速度减小，阻力增大，飞行速度减小。

利用增大襟翼弯度来提高机翼升力系数，机翼表面最低压力点前移，减小临界迎角。起飞阶段，襟翼只放下较小的角度，增加升力；下降阶段，放下最大角度，实现较小的下降速度，较大的下降角。起飞时下降时巡航时3.2.4

辅助操纵机构—前缘缝翼安装在机翼前缘的一段或极端狭长小翼面，当前缘缝翼打开时，它与基本机翼前缘表面形成一道缝隙，下翼面的高压气流通过缝翼加速流向上翼面，增大上翼面附面层气流速度，消除了分离漩涡，延缓气流分离，避免大迎角下失速，升力系数得到提高，增大飞机临界迎角。所以前缘缝翼一般在大迎角，特别是接近或超过基本机翼临界迎角时才使用。3.2.4

辅助操纵机构—扰流片飞机扰流板作用主要是增加在地面或飞行中的气动阻力，减速；还可以辅助飞机转弯，当飞机左盘旋时，操纵左机翼飞行扰流板向上打开，右机翼飞行扰流板不动，右翼升力大于左翼，实现飞机左转。3.3

飞行性能

无人机飞行性能是描述飞机质心运动规律的性能，包括飞机的飞行速度、飞行高度、航程、航时、起飞和着陆性能等。与有人机不同的是，无人机几乎涉及不到筋斗、盘旋、战斗转弯等机动性能，所以不加以讨论。3.3

飞行性能—高度理论静升限：飞机能作水平直线飞行的最大高度。实用静升限：飞机最大爬升率等于0.5m/s（亚声速飞机）或5m/s（超声速飞机）所对应的飞行高度。理论升限大于实用升限！3.3

飞行性能—高度爬升率：单位时间内飞机所上升的垂直高度。爬升角：飞机上升轨迹与水平线之间的夹角。爬升率、爬升角反映了飞机改变高度的能力，它们的大小主要取决于飞机的剩余推力和飞机的重量。3.3

飞行性能—速度最大飞行速度：飞机在一定高度上做水平直线飞行时，在一定飞行距离内（>3km），发动机以最大推力工作所能达到的最大飞行速度。最小飞行速度：飞机在一定高度，能产生足够升力平衡重力，维持水平直线飞行的最小速度。又称平飞所需速度。平飞有利速度：能够获得平飞航时最长的速度。平飞远航速度：能够获得平飞航程最长的速度。巡航飞行速度：发动机每公里消耗燃油量最小情况下的飞行速度。3.3

飞行性能—航程最大航程：在起飞后不再加油的情况下，飞机以巡航速度所能达到的最远距离。飞机航程的长短主要取决于燃油量。3.4

起飞与着陆性能

固定翼无人机的起降阶段是需要专门进行训练的，固定翼的起降航线也叫五边航线。起降航线是固定翼驾驶员最基本的飞行训练科目。一(离场边)二(侧风边)三(下风边)四(基线边)五(进近边)3.4.1

起飞性能飞机的起飞过程包括起飞滑跑和爬升两个主要阶段，飞机离地速度越小，滑跑距离越短，飞机的起飞性能越好。减小起飞距离的办法：增升装置（襟翼）、增加推力等。3.4.2

着陆性能飞机着陆的过程包括下滑，拉平，平飘，接地，着陆滑跑五个阶段。着陆距离由着陆下滑距离和着陆滑跑距离组成。下滑距离与下滑角（飞行轨迹与水平面的夹角）、下滑高度有关。3.5

机动性能—过载

过载具有方向性，与物体运动方向一致或相反的力叫做切向力，与物体运动方向一致或相反的力与物体质量的比值叫切向过载。与物体运动方向垂直的力叫法向力，与物体运动方向垂直的力与物体质量的比值叫法向过载。所以，飞机的推力是切向力，阻力也是切向力。重力有时是切向力，有时是法向力，当飞机垂直上升或下降时它是切向力，当飞机平飞时，它是法向力。飞机的升力总是法向力。3.5

机动性能—盘旋盘旋：保持飞行高度不变，飞机做圆周飞行。转弯半径：重要的机动指标，空速越大转弯半径越大。3.5

机动性能—盘旋操纵副翼使外侧机翼副翼向下，内侧机翼副翼向上，外侧升力大于内侧升力飞机滚转（坡度），实现转弯。飞机转弯的向心力是飞机升力的水平分力，飞机坡度增大，升力的垂直分量减小升力的水平分量增大，为保持高度需要增大迎角和油门，原因是保持升力垂直分量不变。3.5

机动性能—俯冲、筋斗、跃升在俯冲拉起、筋斗和跃升过程中，升力作为飞机的向心力，改变飞机飞行速度的方向。目录01空气动力学基础02飞行原理P04P24

03飞行性能P4904无人机发射回收方式P8805多旋翼基础知识P984.1

无人机发射方式

根据功能和任务场地的不同，无人机可以选用多种发射方式，主要有：手抛发射、弹射发射、起落架滑跑起飞、垂直起飞。发射方式手抛发射零长发射弹射发射滑跑起飞空中发射容器式发射垂直起飞4.1.1

手抛发射

手抛发射方式比较简单，一般由1人或2人操作即可完成。手抛发射的无人机一般重量较轻，尺寸较小。手抛发射作业难度相对较大，手抛发射员必须经过系统的训练才能进行作业，无人机抛出的瞬间，起降驾驶员就要操纵遥控器进行控制，迅速调整飞机油门和姿态。

4.1.2

弹射发射

无人机安装在轨道式弹射发射架上，在压缩空气、橡皮筋或液压弹射装置的作用下，无人机能够迅速获得一个冲力，使无人机能够瞬间达到飞行所需速度，从而达到起飞的目的。

一般情况下，在南方作业的队伍比较喜欢弹射发射的方式，但是由于科技的进度，弹射发射有被手抛发射和垂直起降取代的趋势。

4.1.3

起落架滑跑起飞

起落架滑跑起飞是固定翼无人机起飞最主要的方式，但是需要起降场地需要有满足起飞条件的跑道，局限性较大。4.1.3

垂直起飞

垂直起飞分为两种不同的机型：固定翼无人机和旋翼无人机。4.2

无人机回收方式

无人机的回收方式可以归纳为：伞降回收、起落架滑跑着陆、垂直着陆。回收方式伞降回收空中回收滑跑着陆拦阻网回收垂直着陆4.2.1

伞降回收

对应于手抛、弹射起飞的无人机，一般采用伞降回收。无人机结束飞行任务之后，小油门或熄火状态滑翔到降落点上空盘旋降高，当下降到预定高度后开伞降落，然后地面人员进行回收。

降落时由遥控器指令控制或自主控制开伞，降落伞由主伞和减速伞组成二级伞。4.2.2

起落架滑跑着陆

滑跑起飞，对应于滑跑着陆。滑跑着陆对跑道有一定的要求，比如：跑道上无杂物，跑道要平直且有足够的距离。

固定翼无人机滑跑降落对无人机驾驶员操纵技术要求很高，事故一般发生在这个阶段。4.2.3

垂直着陆

垂直起降固定翼和旋翼都采用垂直回收方式。回收步骤和起飞正好相反。目录01空气动力学基础02飞行原理P04P24

03飞行性能P4904无人机发射回收方式P8805多旋翼基础知识P985.1

多旋翼概念多旋翼飞行器也称多轴飞行器，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊直升机。多轴飞行器每个“轴”上，一般连接1个电调，1个电机，电动机转动带动旋翼产生升推力。5.2

多旋翼系统组成

多旋翼飞行器系统主要包括：机体结构、飞控系统、动力系统、机载链路系统。5.2.1

机体结构机体结构是其他所有机载设备、模块的载体。典型的机体结构包括：机架、支臂、脚架、云台。5.2.1

机体结构

机架：装载各类设备、动力电池或燃料，同时它是其他结构部件的安装基础。

支臂：机架结构的延伸，用以扩充轴距，安装动力电机，有些多旋翼的脚架也安装在支臂上。

云台：任务设备的承载结构。

脚架：用来支撑停放、起飞和着陆的部件。5.2.2

飞控系统

飞控全称导航飞控系统，多轴飞行器的飞控指的是机载导航飞控系统，又称自动驾驶仪，它包含飞控子系统和导航子系统两部分。角速度传感器姿态传感器加速度计空速传感器导航子系统（按航线飞行）飞控子系统（姿态稳定与控制）位置传感器(GPS)高度计飞行姿态执行机构|桨内环外环飞控计算机5.2.2

飞控系统—飞控硬件多旋翼飞控系统全部集成在一块电路板上，我们称之为飞控板。飞控板可集成全部的传感器：3轴角速度陀螺仪、3轴加速度计、3轴磁力计、高度计、空速传感器、GPS接收机以及计算单元。5.2.2

飞控系统—IMU惯导传感器

IMU惯性导航传感器是DOF（DegreeOfFreedom，自由度）系统的核心，为多旋翼提供姿态、速度和位置等参数,全称“惯性测量单元”。是测量物体三轴姿态（或角速率）以及加速度的装置。5.2.2

飞控系统—GPS接收机

GPS接收机获取位置信息，多轴飞行器GPS定位中，最少达到4~5颗星，才能够在飞行中保证基本的安全。GPS天线应尽量安装在飞行器顶部。

大多数多轴飞行器自主飞行过程利用GPS实现位置的感知。5.2.2

飞控系统—磁力计

磁力计为多旋翼提供角度信息，其功能等同于指南针。多轴飞行器在没有发生机械结构改变的前提下，如发生漂移，不能直线飞行时，通常就需要校准磁罗盘。如果无人机发生远距离转场，尤其是东西方向的远距离转场，必须校准磁罗盘。

5.2.2

飞控系统—飞控软件飞控基本情况优点缺点KK飞控开源，只使用三个成本低廉的单轴陀螺价格便宜，硬件结构简单功能简单，无自稳、定高，不能姿态控制,无GPSAPM飞控开源，配有地面站软件可实现自稳、定高、姿态控制调试复杂MWC飞控开源，配有地面站软件成本低，架构简单性能不及APM、PIXHawkDJINAZA飞控不开源，稳定，商业软件功能全，控制稳定价格昂贵PX4和PIXHawk开源，配有地面站软件固件代码结构好，利于开发代码不如APM成熟5.2.2

飞控系统—飞控软件5.2.3

动力系统

多旋翼无人机动力系统的组成为：螺旋桨、电机、电调、电池。5.2.3

动力系统—螺旋桨螺旋桨时安装在电机上为多旋翼无人机提供升力的装置。螺旋桨是一个旋转的翼面，适用于机翼的空气动力学原理。产生升力的大小依赖于桨叶的平面形状、螺旋桨叶迎角和电机的转速。多轴飞行器常用螺旋桨的剖面形状凹凸型，更接近于固定翼飞机螺旋桨。5.2.3

动力系统—螺旋桨当桨叶旋转时，桨尖的线速度大于将根处的线速度，为了使从毂轴到将尖产生一致的升力，螺旋桨叶设计为负扭转：桨根处迎角大于桨尖处迎角，则桨根处升力系数大于桨尖处升力系数。5.2.3

动力系统—螺旋桨多旋翼无人机一般选用两叶桨，因为同一架多轴飞行器，在同样做好动力匹配的前提下两叶桨的效率高。三叶桨的动力强劲，但因为需要抵消更多的旋转阻力，效率比两叶低，两叶桨效率高，体现在飞行时间上。5.2.3

动力系统—螺旋桨

多旋翼为了抵消单个螺旋桨的反扭矩，各个桨的旋转方向是不一样的，所以需要正、反桨。正桨：顶视逆时针旋转，用CCW表示。反桨：顶视顺时针旋转，用CW表示。5.2.3

动力系统—电机多轴飞行器动力系统多为电动系统，因为电动系统形式简单且电机速度响应快。主要使用外转子三相交流无刷同步电动机。多轴飞行器使用的电机都是交流电机，电机通过三根线和电调连接，从电调取电，一般如果想要电机反向旋转，只需要把三根线中的两根互换一下即可。无刷电机去除了电刷，运转时摩擦力大大减小。所以无刷电机的效率较有刷电机更高。5.2.3

动力系统—电机4108外转子无刷电机（KV480）4108：定子直径41mm

定子高度08mm大小尺寸电压增加1V，无刷电机每分钟空转转速增加的转速值KV值转速转速为3000转意思为每分钟3000转。5.2.3

动力系统—电机电机与螺旋桨的匹配，电机、螺旋桨与多旋翼整机的匹配，都是非常复杂的问题，所以建议采用经验配置。选布局—选桨—选电机—选电调—选电池；大螺旋桨用低KV电机，小螺旋桨高KV电机；小螺旋桨因为需要用转速来弥补升力。选择动力冗余配置；六、八轴飞行器具有一定的冗余度，即某一个电机发生故障时，只需将对角电机做出类似停止，仍保留动力完成降落或返航。5.2.3

动力系统—电调电子调速器ESC简称电调。其作用是根据飞控的控制信号，将电池的直流输入转变成一定频率的交流输出，用于控制电机转速。多轴飞行器使用的电调通常被划分为有刷电调和无刷电调，多轴飞行器一般使用无刷电调。

电调上最粗的红线和黑线用来连接动力电池；较细的白红黑3色排线，也叫杜邦线，用来连接飞控；另一端3根单色线连接电机，如任意调换其中2根与电机的连接顺序，电机反向运转。5.2.3

动力系统—电调电流规格：电调上标有“20A”字样，意思是指电调所能承受的最大瞬间电流是20安培；一般多旋翼上我们选取悬停电流4倍到5倍规格的电调使用，这样可以给电流留够充足的余量。供电能力：电调上有BEC5V字样，意思是指电调能从杜邦线向外输出5V的电压。5.2.3

动力系统—电调多轴飞行器电机与电调的匹配和测试时一大难题。因为电调输出的驱动交流相位与电机设计如果不匹配，会造成堵转，导致严重后果。在常规飞行和小负载情况下，很多电机与电调的不兼容表现不明显。但在做大机动外界气流对转速干扰过大时，或人工快速调节油门杆时，可能会出现问题，表现为瞬间一个或多个电机驱动缺相，“咻”一声失去动力直接炸机。要完全杜绝和排除此类问题也比较困难，因为现有小尺度的多旋翼，几乎100%时开环结构，无法检测到每个电机是否转速正常。5.2.3

动力系统—电调建议最基础测试电机与电调兼容性的方案：在地面拆除螺旋桨，姿态或增稳模式启动，启动后油门推至50%，大角度晃动机身、快速大范围变化油门量，使飞控输出动力。仔细聆听电机转动声音，并测量电机温度，观察室否出现缺相。在调试前，用遥控器设置电调时，需要接上电机。5.2.3

动力系统—电池

多轴飞行器使用的动力电池一般为聚合物锂电池。它属于锂离子电池的一种。

锂离子电池优点：

1）电压高，单体电池的工作电压高达3.7~3.8V。

2)循环寿命长，一般均可达到500次以上，安全性能好。

3）比能量大，材料能达到理论值88%的比容量，即同样容量不同类型的电池，最轻的是聚合物锂电池，同样重量不同类型的电池，容量最大的是聚合物锂电池。5.2.3

动力系统—电池

电池容量：安时（Ah）或者毫安时（mAh）。如图所示，例如，17000mAh表示以17000毫安放电，能够持续1小时。严格的讲，电池容量应该以Wh表示，Ah乘以电压就是Wh，例如，民航旅客行李中携带锂电池的额定能量超过160Wh严禁携带。

5.2.3

动力系统—电池

充、放电倍率（C数）：一般锂聚合物电池有两个c数，例：穿越机电池一般为5c-30c，表示最大能够以5倍的额定电流充电，最大能够以30倍额定电流放电。

例1：如果17000mah，6s1p锂聚合物电池以2c充电，求充电电流和充电时间？

电流I=额定电流*充放电倍率c=17a*2c=34a

时间T=1/充放电倍率c（单位小时）=1/2h

=60/充放电倍率c（单位分钟）=60/2=30min5.2.3

动力系统—电池电池电压：聚合物锂电池单体标称电压3.7V，充电后电压可达4.2V，放电后的保护电压3.6V。为了能有更高的工作电压和电量，必须对电池单体进行串联或并联电池组，电池组上：S表示串联，P表示并联。3S2P字样，代表电池组先由3个单体串联，再将串联后的2组并联，3S

有11.1V。

一般锂聚合物电池上都有2组线。1组是输出线（粗，红黑各1根）；1组是单节锂电引出线（细，与S数有关），用以监视平衡充电时的单体电压。

多轴飞行器飞行中，图像叠加OSD信息显示的电压一般为电池的负载电压。5.2.3

动力系统—电池锂电池在使用时必须串联才能达到使用电压需要，因此聚合物电池需要专用的充电器，尽量选用平衡充电器。根据充电原理的不同分为串型式平衡充电器和并行式平衡充电器。并行式平衡充电器使被充电的电池块内部每节串联电池都配备一个单独的充电回路，互不干涉，毫无牵连。5.2.3

动力系统—油电混动

为了克服电动无人机续航能力短的问题，目前市场上推出了油电混动型的多旋翼无人机。5.2.4

链路系统

民用多旋翼无人机的通讯链路系统比较简单，就2~3条链：遥控链路、数传链路、图传链路。5.2.4

链路系统—遥控链路遥控链路就是我们手里的遥控器和无人机上的遥控接收机构成的，其为上传的单向链路；我们发指令，飞机收指令；用于视距内控制飞机。遥控器机载接收机

多轴飞行时地面人员手里拿的“控”指的就是地面遥控发射机，多轴飞行器的遥控器一般有4个及以上通道。多轴飞行器上的电信号传播顺序一般为机载遥控接收机—飞控—电调—电机。5.2.4

链路系统—数传链路遥数传链路由笔记本连接的一个模块和飞机上的一个模块构成双向链路；我们发修改航点等指令，飞机受；飞机发位置、电压等信息，我们收；用于视距外控制飞机。地面站机载模块

多轴飞行器上的链路天线应尽量远离飞控和GPS天线安装。5.2.4

链路系统—图传链路图传链路由飞机上的发射模块和地面上的接收模块构成的，下传的单向链路；飞机发图像，我们收图像；用于监控摄像头方向和效果。5.3

多旋翼气动布局

由于多旋翼的桨平面是向上安装的，由螺旋桨直接提供机体所需的升力，而螺旋桨在旋转的时候又会产生反扭力，使无人机的机体向螺旋桨旋转的反向转向，为了克服这个反扭力，设计成两两对应的双数螺旋桨结构或者在单数螺旋桨上安装舵机。

按照要求和使用习惯不同，多旋翼可以设计成不同的气动结构，主要有：十字型、X字型、Y字型、H字型。5.3

多旋翼气动布局—十字型优点：前后左右飞行控制比较直观，只需改变少了电机转速即可实现；缺点：飞行正前方有螺旋桨，航拍等应用时会造成影响。5.3

多旋翼气动布局—X字型

X字型4轴飞行器右前方的旋翼一般多为俯视逆时针旋转。操纵升降和副翼时，一般会有多个电机参与，不论是操纵性还是稳定性，都要比十字型要好。5.3

多旋翼气动布局—Y字型、H字型缺点：尾旋翼需要使用一个舵机来平衡扭矩，增加了机械复杂性和控制难度。Y型优点：动力组较少，成本低；外形炫酷，前方视线开阔。H型

H型比较容易设计成折叠结构，且拥有X型相当的特点。5.3

多旋翼气动布局—4\6\8旋翼单纯从气动效率出发，旋翼越大，效率越高，同样起飞重量的4轴飞行器比8轴飞行器的效率高，故轴数越多载重能力不一定越大。5.4

多旋翼结构形式无边框常规固定式简单实用，强度好且质量轻；螺旋桨无保护，不够安全；脚架影响机载设备视线。带边框常规固定式防止磕碰提高安全性；增加重量，减少航时。5.4

多旋翼结构形式穿越式——追求速度多采用H型气动布局；动力强，机身小巧；多数无脚架，安装前置摄像头。手动水平\垂直变现式便于存储与运输5.4

多旋翼结构形式自动脚架收放式改善机载设备视野；减小阻力，增加抗风性；但会有小幅重量增加。自动整体变形式飞行中完成整体变形；支臂变形到最下方就是脚架；支臂变形到最上方改善机载设备视野。5.5

多旋翼的运动

旋翼的运动模式主要有：垂直上升下降运动；绕多轴飞行器横轴俯仰运动；绕多轴飞行器纵轴滚转运动；绕多轴飞行器立轴偏航运动。

对于多轴飞行器而言，旋翼既是升力面又是纵横向和航向的操纵面，旋翼所有的运动都是通过改变旋翼速度来实现。5.5.1

垂直运动通过控制四个旋翼的转速产生升力实现垂直运动或者悬停，且四个螺旋桨转速必须一致。5.5.2

俯仰运动

多旋翼无人机的俯仰运动和固定翼的俯仰运动不同。固定翼无人机机头下俯，飞机向下飞行，机头上仰，飞机向上飞行。而多旋翼在做俯仰运动的时候，机头下俯，飞机向前飞行，机头上仰，飞机向后飞行。

横轴前后侧的螺旋桨转速不同，可实现俯仰运动。如实现向后移动则横轴前侧的螺旋桨加速，横轴后侧的螺旋桨减速。5.5.3

滚转运动

和多旋翼无人机的俯仰运动类似，多旋翼也可以实现滚转运动。当向左滚转时飞机向左平移，向右滚转时飞机向右平移。

纵轴左右侧的螺旋桨转速不同，可实现滚转运动。如实现向左移动则纵轴右侧的螺旋桨加速，纵轴左侧的螺旋桨减速。

5.5.4

偏航运动

多旋翼无人机的偏航运动指的是机头方向的改变。

多轴飞行器的旋翼旋转方向一般为俯视多轴飞行器两两对应，相邻旋翼旋转方向则相反，当转速一致时，可抵消反扭力矩。如：四旋翼飞行器上螺旋桨两两相对应。当相对的2个桨加速，另2个桨减速，反扭力矩不平衡，飞机改变航向。

5.6

典型应用多旋翼无人机应用军事应用航拍航测农林植保线路巡检货物运输通信中继5.6.1

航拍航测航拍：又称航空摄影，记录拍摄对象及其所在地理环境的外部信息；航测，又称摄影测量与遥感，获取有关目标的时空信息。航拍多为影视服务，航测多为地理信息服务；航拍多使用摄像机，航测多使用高性能照相机；航拍多搭载3轴稳定云台，航测多搭载对地正式云台；5.6.1

航拍航测相对于传统航拍，多旋翼航拍有以下优势：成本低很多。快速便捷。安全高效。多旋翼航拍任务系统多旋翼航拍系统的任务设备就是云台与拍摄器材。5.6.1

航拍航测—云台3轴稳定云台：

3轴稳定云台接入无人机机位置姿态信息，通过3个力矩电机调整，保持航拍画面的姿态基准，这就是云台的稳定。云台是航拍设备的增稳和操纵装置。姿态角补偿

——航向角影响最大。位移补偿

——飞行器速度的影响；

——风速的影响。5.6.1

航拍航测—摄影器材摄影器材：多旋翼作为流行的微型拍摄器材：GoPro

Hero3/Hero4运动相机。飞行速度影响航拍设备曝光，速度越快，需提高曝光度，保证正常曝光；拍摄夜景时，降低飞行速度，保证正常曝光；航拍过程中，为了保证画面明暗稳定，相机尽量设定为ISO固定。5.6.1

航拍航测—果冻效应针对拍摄快速移动物体产生的变形叫果冻效应。数码相机有两种快门：卷帘快门和全局快门。如果被拍摄无人机相当相机告诉运动，用卷帘快门拍摄，逐行扫描速度不够，就会产生果冻效应。另，拍摄物体或平台高频振动，传递到摄像机也会产生果冻效应，此时应改善云台和电机的减震性能。5.6.1

航拍航测—作业方式多旋翼航拍作业形式直线飞行斜线飞行定点悬停跟随拍摄定点绕飞航线绕行技巧：点半径画圆飞行时，边绕圈边上升能得到最佳航拍画面。5.6.1

航拍航测—注意事项在运输过程中做好减震措施，固定云台并安装云台固定支架，装箱运输；在规定空域使用，且起飞前提醒周边人群远离；航拍过程中，监视器显示无人机电池电量过低必须紧急返航；5.6.1

航拍航测—注意事项低温及潮湿环境中作业时，飞行器与摄像器材防止冰冻、起飞前动力电池的保温，在温差较大的环境中拍摄要注意镜头的结雾；日出日落拍摄时，摄像机白平衡调整应调整为低色温值以拍出正常白平衡画面；当飞远超出视线范围无法辨别机头方向时，云台复位通过图像确定机头方向或一键返航；5.6.1

航拍航测—注意事项以拍摄主体为主，预先设定好曝光量，全自动拍摄；根据场景设置高ISO或低ISO来拍摄；多轴飞行器正常作业受自然环境影响的主要因素是温度、风力，地面风速大于4级时作业，会对飞行器安全和拍摄稳定有影响；多轴飞行器搭载前探式云台可以使拍摄角度实现全仰拍摄且不穿帮。5.6.2

农业植保无人植保机是通过地面遥控，对农作物、林木进行药物喷洒的无人机系统，以直升机和多旋翼为主。多旋翼植保的优势采用无刷电机为动力，无废气，无污染，整机尺寸小，重量轻，使用维护成本低；作业不受海拔、地形及稳定的影响限制，调校时间短、田间起降方便，出勤率高；操纵简单，飞行灵活，对人员技术依赖性不高；下沉气场均匀稳定，雾滴穿透性能好；国家出台鼓励政策，且对作业人员的资质要求比较宽松。5.6.2

农业植保在高海拔地区，多轴飞行器出现较难离地时，最有效的应对措施是减重；在高海拔、寒冷、空气稀薄地区，飞行负载不变，功率损耗增大，飞行时间减少；旋翼机下降过程中，要先快后慢。第四章无人机航空法规无人机操控技术无人机应用技术专业规划教材目录01《咨询通告》02空域P04P20

03安全保障P28目录01《咨询通告》02空域P04P20

03安全保障P28

今年来随着技术进步，无人机的生产和应用在国内外得到了蓬勃发展，其驾驶员的数量也在持续的快速增加。面对这样的情况，中国民用航空局有必要在不妨碍民用无人机多元发展的前提下，加强对民用无人机驾驶员的规范管理，促进民用无人机产业的健康发展。本节内容将从民航局下发的咨询通告开始学习。目前民用无人机市场的监管主要是以《咨询通告》为主，如果有新的法规颁布，会在以后的版本进行更新。

本咨询通告于2018.08.31由民航局下发，以后下发有变更的内容以最新的为准。1

《咨询通告》1.1

适用范围

本节内容适用于民用无人机系统驾驶员的资质管理，其涵盖范围包括：

1）无机载驾驶员的无人机系统。

2）有机载驾驶人员的航空器，但该航空器可同时由外部的无人机驾驶员实施完全飞行控制。

3）分布式操作的无人机系统或者集群，其操作者个人无需取得无人机驾驶员执照，具体管理办法另行规定。1.2

定义

1）无人机系统驾驶员，对无人机运行负有必不可少的职责并在飞行期间适时操纵无人机的人。

2）等级，显示在执照上或与执照有关并成为执照一部分的授权，说明关于此种执照的特殊条件、权利或限制。分为视距内、超视距、教员等。

3）类别，根据无人机产生气动力及不同运动状态依靠的不同部件或方式，将无人机进行划分并成为执照一部分的授权，说明关于此种执照的特殊条件、权利或限制。分为固定翼、直升机、多旋翼、垂直起降固定翼等。

4）视距内运行，无人机在驾驶员或观测员与无人机保持直接目视视觉接触的范围内运行，且该范围为目视视距内半径不大于500米，人、机相对高度不大于120米。在本规定中作为驾驶员等级中的一种。

5）超视距运行，无人机在目视视距以外的运行。在本规定中作为驾驶员等级中的一种。1.2

定义

6）扩展视距运行，无人机在目视视距以外运行，但驾驶员或观测员借助视觉延展装置操作无人机，属于超视距运行的一种。

7）授权教员，持有按本规定颁发的具有教员等级的无人机驾驶员执照，并依据其教员等级上规定的权利和限制执行教学的人员。

8）无人机系统的机长，由运营人指派在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员。

9）无人机观测员，由运营人指定的训练有素的人员，通过目视观测无人机，协助无人机驾驶员安全实施飞行，通常由运营人管理，无证照要求。

10）运营人，从事或拟从事航空器运营的个人、组织或企业。

11）感知与避让，看见、察觉或发现交通冲突或其他危险并采取适当行动的能力。1.2

定义

12）无人机感知与避让系统，无人机机载安装的一种设备，用以确保无人机与其他航空器保持一定的安全飞行间隔，相当于载人航空器的防撞系统。

13）融合空域，有其他有人驾驶航空器同时运行的空域。

14）隔离空域，专门分配给无人机系统运行的空域，通过限制其他航空器的进入以规避碰撞风险。

15）人口稠密区，城镇、乡村、繁忙道路或大型露天集会场所等区域。

16）空机重量，不包含载荷和燃料的无人机重量，该重量包含燃料容器和电池等固体装置。

17）飞行经历时间，为符合民用无人机驾驶员的训练和飞行时间要求，操纵无人机或在模拟器上所获得的飞行时间，这些时间应当是作为操纵无人机系统必需成员的时间，或从授权教员处接受训练或作为授权教员提供教学的时间。1.2

定义